Využití radioaktivních izotopů v medicíně. Použití radioaktivních izotopů ve veterinární medicíně

Městská vzdělávací instituce „Střední škola Pobedinská“, okres Shegarsky, oblast Tomsk

STÁTNÍ (ZÁVĚREČNÁ) CERTIFIKACE GRADUÁTŮ IX TŘÍD

ABSTRAKT V FYZIKĚ

Fenomén radioaktivity. JE TO HODNOTA VĚDY, TECHNOLOGIE, LÉKAŘSTVÍ

Dokončeno: Dadaev Aslan, žák 9. třídy

Dozorce: Gagarina Lyubov Alekseevna, učitelka fyziky

s. Pobeda 2010

1. Úvod ………………………………………………………… ... strana 1

2. Fenomén radioaktivity ……… .. ……………………… ................. strana 2

2.1. Objev radioaktivity ………………………… ................ strana 2

2.2. Zdroje záření ………………………………………… .. strana 6

3. Získávání a aplikace radioaktivních izotopů …………… .. strana 8

3.1 Použití izotopů v medicíně …………………… ........ strana 8

3.2. Radioaktivní izotopy v zemědělství ……………… s.10

3.3. Radiační chronometrie …………………………………… strana 11

3.4. Aplikace radioaktivních izotopů v průmyslu ... strana 12

3.5. Použití izotopů ve vědě …………………………… ... strana 12

4. Závěr ……………………………………………………… ... strana 13

5. Literatura ……………………………………………………… .. strana 14

ÚVOD

Koncept atomů jako neměnných drobných částic hmoty byl zničen objevem elektronu, stejně jako fenomén přirozeného radioaktivního rozpadu, objevený francouzským fyzikem A. Becquerelem. Významné francouzské fyziky Maria Sklodowska-Curie a Pierre Curie významně přispěly ke studiu tohoto jevu.

Přírodní radioaktivita existuje miliardy let a je přítomna doslova všude. Ionizující záření existovalo na Zemi dlouho před zrodem života a bylo přítomno ve vesmíru před samotnou Zemí. Radioaktivní materiály byly do Země začleněny od jejího samého zrodu. Každá osoba je mírně radioaktivní: v tkáních lidského těla je jedním z hlavních zdrojů přirozeného záření draslík - 40 a rubidium - 87 a neexistuje způsob, jak se jich zbavit.

Provedením jaderných reakcí během bombardování jader atomů hliníku částicemi a - se slavným francouzským fyzikům Frederic a Irene Curie - Joliot v roce 1934 podařilo uměle vytvořit radioaktivní jádra. Umělá radioaktivita se v zásadě neliší od přírodních a řídí se stejnými zákony.

V současné době se umělé radioaktivní izotopy vyrábějí různými způsoby. Nejběžnější je ozařovat cíl (budoucí radioaktivní léčivo) v jaderném reaktoru. Ve speciálních instalacích, kde jsou částice urychlovány na vysoké energie, je možné cíl ozařovat nabitými částicemi.

Cílová: zjistit, v jakých oblastech života se fenomén radioaktivity využívá.

Úkoly:

· Prostudujte si historii objevu radioaktivity.

· Zjistěte, co se stane s látkou s radioaktivním zářením.

· Zjistěte, jak získat radioaktivní izotopy a kde budou použity.

· Rozvíjet dovednost práce s další literaturou.

· Proveďte prezentaci materiálu v počítačové verzi.

HLAVNÍ ČÁST

2. Fenomén radioaktivity

2.1 Objev radioaktivity

Dějiny radioaktivita začalo, když se francouzský fyzik Henri Becquerel v roce 1896 zabýval luminiscencí a studiem rentgenových paprsků.

Objev radioaktivity, nejjasnější důkaz složité struktury atomu .

Vědci komentují Roentgenův objev a předpokládají, že během fosforescence jsou emitovány rentgenové paprsky, bez ohledu na přítomnost katodových paprsků. A. Becquerel se rozhodl tuto hypotézu otestovat. Když zabalil fotografickou desku do černého papíru, položil na ni bizarní kovovou desku pokrytou vrstvou uranové soli. Po čtyřhodinovém pobytu na slunci vyvinul Becquerel fotografický talíř a viděl na něm přesnou siluetu kovové figurky. Experimenty opakoval s velkými obměnami a získal otisky mince, klíče. Všechny experimenty potvrdily testovatelnou hypotézu, o které Becquerel informoval 24. února na zasedání Akademie věd. Becquerel však nepřestává experimentovat a připravuje všechny nové možnosti.

Henri Becquerel Welhelm Conrad Roentgen

26. února 1896 se počasí nad Paříží pokazilo a připravené fotografické desky s kousky uranové soli musely být vloženy do tmavé zásuvky stolu, než se ukázalo slunce. Objevilo se nad Paříží 1. března a v experimentech se dalo pokračovat. Když Becquerel vzal záznamy, rozhodl se je rozvíjet. Po vyvinutí desek na nich vědec uviděl siluety vzorků uranu. Protože Becquerel ničemu nerozuměl, rozhodl se náhodný experiment zopakovat.

Do neprůhledné krabice vložil dva talíře, nalil je uranovou solí, na jednu nejprve položil sklo a na druhou hliníkovou desku. Pět hodin to všechno bylo v temné místnosti, načež Becquerel vyvíjel fotografické desky. A co - siluety vzorků jsou opět jasně viditelné. To znamená, že v uranových solích se tvoří některé paprsky. Jsou podobné rentgenovým paprskům, ale odkud pocházejí? Jedna věc je jasná, že neexistuje žádné spojení mezi rentgenovými paprsky a fosforescencí.

Oznámil to na schůzi Akademie věd 2. března 1896, čímž zcela zmátl všechny její členy.

Becquerel také zjistil, že v průběhu času se intenzita záření ze stejného vzorku nemění a že nové záření je schopné vybíjet elektrifikovaná těla.

Většina členů pařížské akademie po Becquerelově další zprávě na schůzce 26. března věřila, že měl pravdu.

Jev objevený Becquerelem dostal jméno radioaktivita, na návrh Marie Sklodowské - Curie.

Maria Sklodowska - Curie

Radioaktivita - schopnost atomů některých chemických prvků spontánní emise.

V roce 1897 se Maria, která při doktorské práci vybrala téma výzkumu - objev Becquerel (Pierre Curie poradil své ženě, aby si vybrala toto téma), rozhodla se najít odpověď na otázku: jaký je skutečný zdroj záření uranu? Za tímto účelem se rozhodne prozkoumat velké množství vzorků minerálů a solí a zjistit, zda má vlastnost emitovat pouze uran. Při práci se vzorky thoria zjišťuje, že stejně jako uran produkuje stejné paprsky a přibližně stejnou intenzitu. To znamená, že se tento jev ukazuje být vlastností nejen uranu a musí mu být přidělen zvláštní název. Uran a thorium se nazývaly radioaktivní prvky. Práce pokračovaly s novými minerály.

Pierre jako fyzik cítí důležitost práce a dočasně opustil studium krystalů a začal pracovat se svou ženou. V důsledku této společné práce byly objeveny nové radioaktivní prvky: polonium, radium atd.

V listopadu 1903 udělila Královská společnost Pierrovi a Marii Curieové jedno z nejvyšších anglických vědeckých ocenění, Davyho medaili.

13. listopadu Curieovi, současně s Becquerelem, obdrží telegram ze Stockholmu, že třem z nich byla udělena Nobelova cena za fyziku za vynikající objevy v oblasti radioaktivity.

Obchod, který zahájili Curieovi, převzali jejich studenti, mezi nimiž byla jejich dcera Irene a zeť Frederic Joliot, který se v roce 1935 stal laureáty Nobelovy ceny za objev. umělá radioaktivita .

Irene a Frederic Curie - Joliot

Angličtí fyzici E. Rutherford a F. Soddy bylo prokázáno, že ve všech radioaktivních procesech dochází k vzájemným transformacím atomových jader chemických prvků. Studium vlastností záření doprovázejícího tyto procesy v magnetických a elektrických polích ukázalo, že se dělí na a-částice, b-částice a g-paprsky (elektromagnetické záření s velmi krátkou vlnovou délkou).

E. Rutherford F. Soddy

O nějaký čas později, v důsledku studia různých fyzikálních charakteristik a vlastností těchto částic (elektrický náboj, hmotnost atd.), Bylo možné prokázat, že b - částice je elektron a a - částice je plně ionizovaná atom chemického prvku helium (tj. atom helia, který ztratil oba elektrony).

Navíc se ukázalo, že radioaktivita- To je schopnost některých atomových jader se samovolně transformovat na jiná jádra emisí částic.

Bylo například nalezeno několik druhů atomů uranu: s jadernými hmotami přibližně 234 amu, 235 amu, 238 amu. a 239 amu. Navíc všechny tyto atomy měly stejné chemické vlastnosti. Vstupovaly do chemických reakcí stejným způsobem a vytvářely stejné sloučeniny.

Některé jaderné reakce produkují vysoce pronikavé záření. Tyto paprsky pronikají vrstvou olova o tloušťce několika metrů. Toto záření je proudem neutrálně nabitých částic. Tyto částice jsou pojmenovány neutrony.

Některé jaderné reakce produkují vysoce pronikavé záření. Tyto paprsky jsou různých typů a mají různou penetrační sílu. Například, tok neutronů proniká vrstvou olova o tloušťce několika metrů.

2.2. Zdroje záření

Radiace je velmi početná a různorodá, ale asi sedm jeho hlavní zdroje.

První zdroj je naše Země. Toto záření se vysvětluje přítomností radioaktivních prvků na Zemi, jejichž koncentrace se na různých místech značně liší.

druhý původ záření - prostor, odkud na Zemi neustále dopadá proud částic s vysokou energií. Zdroje vzniku kosmického záření jsou hvězdné výbuchy v Galaxii a sluneční erupce.

Třetí zdroj záření jsou radioaktivní přírodní materiály používané lidmi ke stavbě obytných a průmyslových prostor. Průměrná dávka uvnitř budov je o 18% - 50% vyšší než venku. V interiéru člověk stráví tři čtvrtiny svého života. Osoba, která je neustále v místnosti postavené ze žuly, může získat - 400 mrem / rok, z červených cihel - 189 mrem / rok, z betonu - 100 mrem / rok, ze dřeva - 30 mrem / rok.

Čtvrtý zdroj radioaktivity je obyvatelstvu málo známý, ale neméně nebezpečný. Jedná se o radioaktivní materiály, které lidé používají při své každodenní činnosti.

Zkontrolujte inkoust, který obsahuje radioaktivní uhlík, pro snadnou identifikaci padělaných dokumentů.

Uran se používá k výrobě barev nebo smaltu na keramice nebo špercích.

Při výrobě skla se používá uran a thorium.

Porcelánové umělé zuby jsou vyztuženy uranem a cerem. Záření na sliznice sousedící se zuby přitom může dosáhnout 66 rem / rok, zatímco roční míra pro celý organismus by neměla překročit 0,5 rem (tj. 33krát více)

Televizní obrazovka vydává 2–3 mrem / rok na osobu.

Pátý zdroj - podniky pro přepravu a zpracování radioaktivních materiálů.

Šestý zdrojem záření jsou jaderné elektrárny. V jaderných elektrárnách,

kromě pevného odpadu existují ještě kapalné (kontaminovaná voda z chladicích okruhů reaktorů) a plynné obsažené v oxidu uhličitém používaném k chlazení.

Sedmý zdrojem radioaktivního záření jsou zdravotnická zařízení. I přes jejich běžné použití v každodenní praxi je riziko radiace z nich mnohem větší než ze všech výše uvažovaných zdrojů a někdy dosahuje desítek rem. Jednou z nejběžnějších diagnostických metod je rentgenový přístroj. Takže s rentgenem zubů - 3 rem, s fluoroskopií žaludku - totéž, s fluorografií - 370 mrem.

Co se stane s látkou s radioaktivním zářením?

Nejprve, překvapivá konzistence, s jakou radioaktivní prvky vyzařují záření. Během dne, měsíců, let se intenzita záření znatelně nemění. Není ovlivněna zahříváním ani zvýšením tlaku, chemické reakce, do kterých se radioaktivní prvek dostal, také neměly vliv na intenzitu záření.

Za druhé Radioaktivita je doprovázena uvolňováním energie a uvolňuje se nepřetržitě po několik let. Odkud tato energie pochází? Pokud je látka radioaktivní, prochází některými hlubokými změnami. Předpokládalo se, že samotné atomy procházejí transformacemi.

Přítomnost stejných chemických vlastností znamená, že všechny tyto atomy mají v elektronovém obalu stejný počet elektronů, a tedy stejné jaderné náboje.

Pokud jsou náboje atomových jader stejné, pak tyto atomy patří ke stejnému chemickému prvku (navzdory rozdílům v jejich hmotnostech) a mají stejné pořadové číslo v tabulce D.I. Mendělejev. Byly nazývány odrůdy stejného chemického prvku, lišící se hmotností atomových jader izotopy .

3. Výroba a použití radioaktivních izotopů

Přirozeně se vyskytující radioaktivní izotopy se nazývají přírodní... Mnoho chemických prvků se však v přírodě nachází pouze ve stabilním (tj. Radioaktivním) stavu.

V roce 1934 francouzští vědci Irene a Frédéric Joliot-Curie zjistili, že radioaktivní izotopy mohou být uměle vytvořeny jadernými reakcemi. Takové izotopy byly pojmenovány umělý .

K získání umělých radioaktivních izotopů se obvykle používají jaderné reaktory a urychlovače částic. Existuje průmysl specializující se na výrobu takovýchto předmětů.

Následně byly získány umělé izotopy všech chemických prvků. Celkem je v současnosti známo asi 2000 radioaktivních izotopů a 300 z nich je přírodních.

V současné době jsou radioaktivní izotopy široce používány v různých oblastech vědeckých a praktických činností: technologie, medicína, zemědělství, komunikace, armáda a některé další. V tomto případě se jedná o tzv metoda značeného atomu.

3.1 Použití izotopů v medicíně

Použití izotopů, jedné z nejvýraznějších studií prováděných s pomocí „označených atomů“, bylo studium metabolismu v organismech.

Pomocí izotopů byly odhaleny mechanismy vývoje (patogeneze) řady nemocí; používají se také ke studiu metabolismu a diagnostice mnoha nemocí.

Izotopy se do lidského těla dostávají v extrémně malých množstvích (bezpečných pro zdraví), které nejsou schopné způsobit žádné patologické změny. Jsou nerovnoměrně distribuovány po celém těle krví. Záření vznikající rozpadem izotopu zaznamenávají zařízení (speciální čítače částic, fotografování) umístěná poblíž lidského těla. V důsledku toho můžete získat obraz jakéhokoli vnitřního orgánu. Z tohoto obrázku lze soudit velikost a tvar tohoto orgánu, zvýšenou nebo sníženou koncentraci izotopu v

jeho různé části. Je také možné posoudit funkční stav (tj. Práci) vnitřních orgánů podle rychlosti jejich akumulace a vylučování radioizotopem.

Stav srdečního oběhu, průtoku krve a obrazu dutin srdce se tedy stanoví pomocí sloučenin zahrnujících izotopy sodíku, jódu, technecia; izotopy technecia a xenonu se používají ke studiu plicní ventilace a chorob míchy; Makroagregáty lidského sérového albuminu s izotopem jodu se používají k diagnostice různých zánětlivých procesů v plicích, jejich nádorů a při různých onemocněních štítné žlázy.

Využití izotopů v medicíně

Koncentrace a vylučovací funkce jater jsou studovány pomocí bengálské růžové barvy s izotopem jódu, zlata. Obraz střeva, žaludku se získá pomocí izotopu technecia, slezina pomocí erytrocytů s izotopem technecia nebo chromu; pomocí izotopu selenu jsou diagnostikována onemocnění slinivky břišní. Všechna tato data nám umožňují stanovit správnou diagnózu onemocnění.

Různé abnormality v práci oběhového systému jsou také zkoumány pomocí metody "značených atomů" a jsou detekovány nádory (protože v nich se hromadí některé radioizotopy). Díky této metodě bylo zjištěno, že v relativně krátké době je lidské tělo téměř úplně obnoveno. Jedinou výjimkou je železo, které je součástí krve: tělo ho začne vstřebávat z potravy, až když se vyčerpají jeho zásoby.

Velký význam při výběru izotopu má otázka citlivosti metody analýzy izotopů, stejně jako typu radioaktivního rozpadu a radiační energie.

V medicíně se radioaktivní izotopy používají nejen k diagnostice, ale také k léčbě některých onemocnění, jako jsou rakovinné nádory, Gravesova choroba atd.

Vzhledem k použití velmi malých dávek radioizotopů nepředstavuje radiační expozice těla během radiační diagnostiky a léčby pro pacienty nebezpečí.

3.2. Radioaktivní izotopy v zemědělství

Radioaktivní izotopy jsou stále více používány v zemědělství... Ozařování semen rostlin (bavlník, zelí, ředkev atd.) Malými dávkami gama paprsků z radioaktivních přípravků vede ke znatelnému zvýšení výnosu. Velké dávky záření způsobují mutace v rostlinách a mikroorganismech, což v některých případech vede ke vzniku mutantů s novými hodnotnými vlastnostmi ( výběr rádia). Byly tak vyšlechtěny cenné odrůdy pšenice, fazolí a dalších plodin a také byly získány vysoce produktivní mikroorganismy používané při výrobě antibiotik.

Gama záření z radioaktivních izotopů se také používá k boji proti škodlivému hmyzu ak uchovávání potravin. "Vystopované atomy" jsou široce používány v zemědělské technice. Chcete -li například zjistit, které z fosforových hnojiv je rostlinou lépe absorbováno, jsou různá hnojiva označena radioaktivním fosforem. Následným vyšetřením rostlin na radioaktivitu je možné určit množství fosforu absorbovaného jimi z různých druhů hnojiv.

Zajímavá aplikace pro určování stáří starověkých předmětů organického původu (dřevo, dřevěné uhlí, textilie atd.) Byla získána metodou radioaktivního uhlíku. Rostliny vždy obsahují beta - radioaktivní izotop uhlíku s poločasem rozpadu T = 5700 let. V zemské atmosféře vzniká v malém množství z dusíku působením neutronů. Ty vznikají v důsledku jaderných reakcí způsobených rychlými částicemi, které vstupují do atmosféry z vesmíru (kosmické paprsky). V kombinaci s kyslíkem vytváří tento uhlík oxid uhličitý, který je absorbován rostlinami a skrz ně zvířaty.

Izotopy jsou široce používány ke stanovení fyzikálních vlastností půdy

a rezervy prvků rostlinné potravy v ní, studovat interakci půdy a hnojiv, procesy asimilace živin rostlinami, vstup minerálních potravin do rostlin přes listy. Pomocí izotopů zjišťují účinek pesticidů na rostlinný organismus, což umožňuje stanovit koncentraci a načasování jejich ošetření plodin. Pomocí izotopové metody jsou zkoumány nejdůležitější biologické vlastnosti zemědělských plodin (při hodnocení a výběru šlechtitelského materiálu), výnos, raná zralost a odolnost proti chladu.

PROTI chov zvířat studovat fyziologické procesy v těle zvířat, provádět analýzu krmiv na obsah toxických látek (jejichž malé dávky je obtížné určit chemickými metodami) a mikroelementy. S pomocí izotopů se vyvíjejí techniky pro automatizaci výrobních procesů, například oddělení okopanin od kamenů a hrudek půdy při sklizni kombajnem na kamenitých a těžkých půdách.

3.3 Radiační chronometrie

Některé radioaktivní izotopy lze úspěšně použít ke stanovení stáří různých zkamenělin ( radiační chronometrie). Nejběžnější a nejúčinnější metoda radiační chronometrie je založena na měření radioaktivity organické hmoty, která je způsobena radioaktivním uhlíkem (14C).

Studie ukázaly, že v každém gramu uhlíku v jakémkoli organismu nastane 16 radioaktivních rozpadů beta za minutu (přesněji 15,3 ± 0,1). Po 5730 letech se v každém gramu uhlíku rozpadne pouze 8 atomů za minutu, po 11 460 letech - 4 atomy.

Jeden gram uhlíku z mladých lesních vzorků emituje asi patnáct beta částic za sekundu. Po smrti organismu se jeho doplňování radioaktivním uhlíkem zastaví. Dostupné množství tohoto izotopu klesá v důsledku radioaktivity. Stanovením procenta radioaktivního uhlíku v organických zbytcích můžete určit jejich stáří, pokud leží v rozmezí od 1 000 do 50 000 a dokonce až do 100 000 let.

Počet radioaktivních rozpadů, tj. Radioaktivity testovaných vzorků, se měří detektory záření.

Měřením počtu radioaktivních rozpadů za minutu v určitém hmotnostním množství materiálu studovaného vzorku a přepočtem tohoto počtu na gram uhlíku tedy můžeme stanovit stáří předmětu, ze kterého byl vzorek odebrán. Tato metoda se používá ke zjištění stáří egyptských mumií, zbytků prehistorických požárů atd.

3.4. Použití radioaktivních látek izotopy v průmyslu

Jedním z příkladů je následující metoda sledování opotřebení pístních kroužků ve spalovacích motorech. Ozařováním pístního prstence neutrony v něm způsobují jaderné reakce a činí ho radioaktivním. Když je motor v chodu, částice kroužkového materiálu vstupují do mazacího oleje. Zkoumáním úrovně radioaktivity oleje po určité době chodu motoru je určeno opotřebení prstence. Radioaktivní izotopy umožňují posoudit difúzi kovů, procesy ve vysokých pecích atd. Výkonné záření gama radioaktivních přípravků se používá ke studiu vnitřní struktury kovových odlitků za účelem detekce jejich vad.

Izotopy se také používají v zařízeních jaderné fyziky pro výrobu neutronových čítačů, což umožňuje zvýšit účinnost počítání více než 5krát, v jaderné energii jako moderátory a absorbéry neutronů.

3.5. Využití izotopů ve vědě

Použití izotopů v biologie vedly k revizi předchozích představ o povaze fotosyntézy a také o mechanismech, které zajišťují asimilaci anorganických látek rostlinami uhličitanu, dusičnanů, fosfátů atd. organismu. Zavedením štítku do organismů s jídlem nebo injekcí bylo možné studovat rychlost a migrační cesty mnoha hmyzu (komáři, mouchy, kobylky), ptáků, hlodavců a dalších malých zvířat a získat údaje o počtu jejich populací .

V oblasti fyziologie rostlin a biochemie pomocí izotopů byla vyřešena řada teoretických i aplikovaných problémů: cesty vstupu minerálních látek, kapalin a plynů do rostlin, jakož i role různých chemických prvků, včetně mikroprvků, v životě rostlin mají bylo vyjasněno. Zejména je ukázáno, že uhlík vstupuje do rostlin nejen listy, ale také kořenovým systémem, cestami a rychlostmi pohybu řady látek z kořenového systému do stonku a listů a z těchto orgánů do kořeny byly založeny.

V oblasti fyziologie a biochemie zvířat a lidí byly studovány rychlosti vstupu různých látek do jejich tkání (včetně rychlosti inkorporace železa do hemoglobinu, fosforu do nervových a svalových tkání, vápníku do kostí). Použití „označených“ potravin vedlo k novému chápání rychlosti absorpce a distribuce živin, jejich „osudu“ v těle a pomohlo vysledovat vliv vnitřních a vnějších faktorů (hladovění, asfyxie, přepracování atd.) na metabolismus.

ZÁVĚR

Prominentní francouzští fyzici Maria Sklodowska-Curie a Pierre Curie, jejich dcera Irene a zeť Frederic Joliot a mnoho dalších vědců nejenže významně přispěli k rozvoji jaderné fyziky, ale byli vášnivými bojovníky za mír. Provedli významnou práci na mírovém využití atomové energie.

V Sovětském svazu začaly práce na atomové energii v roce 1943 pod vedením vynikajícího sovětského vědce I. V. Kurchatova. V obtížných podmínkách bezprecedentní války řešili sovětští vědci nejsložitější vědecké a technické problémy spojené s ovládáním atomové energie. 25. prosince 1946 byla pod vedením I.V.Kurchatova poprvé na evropském a asijském kontinentu provedena řetězová reakce. V Sovětském svazu to začalo éra mírového atomu.

V průběhu své práce jsem zjistil, že radioaktivní izotopy získané umělými prostředky našly široké uplatnění ve vědě, technice, zemědělství, průmyslu, medicíně, archeologii a dalších oborech. Je to způsobeno následujícími vlastnostmi radioaktivních izotopů:

· Radioaktivní látka nepřetržitě emituje určitý typ částic a intenzita se v průběhu času nemění;

· Radiace má určitou penetrační schopnost;

· Radioaktivita je doprovázena uvolňováním energie;

· Pod vlivem záření mohou nastat v ozářené látce změny;

· Záření lze zaznamenávat různými způsoby: speciální čítače částic, fotografie atd.

LITERATURA

1. F.M. Diaghilev „Z historie fyziky a života jejích tvůrců“ - M.: Osvícení, 1986.

2. A.S. Enokhin, O.F. Kabardin a kol. „Čtenář ve fyzice“ - M.: Education, 1982.

3. P.S. Kudryavtsev. "Dějiny fyziky" - M.: Education, 1971.

4. G. Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Třída fyziky 11“. - M.: Education, 2004.

5. A.V. Peryshkin, E.V. Gutnik "Fyzika třída 9" - M.: Drop, 2005.

6. Internetové zdroje.

Posouzení

ke zkoušce z fyziky „Fenomén radioaktivity. Jeho význam ve vědě, technice, medicíně “.

Relevanci zvoleného tématu vidí autor v možnosti využití jaderné energie pro mírové účely. Uměle získané radioaktivní izotopy našly široké uplatnění v různých oblastech vědecké a praktické činnosti: věda, technologie, zemědělství, průmysl, medicína, archeologie atd.

Část „Úvod“ však nenaznačuje relevanci a zájem autora o zvolené téma abstraktu.

K dispozici, logicky vysvětleno objevení radioaktivity; výzkum prováděný pomocí „označených atomů“.

Návrh abstraktu ve všech případech nesplňuje požadavky:

· Stránky nejsou číslovány;

· Každá sekce není vytištěna z nové stránky;

· V textu nejsou odkazy na ilustrace;

· V sekci „Literatura“ nejsou uvedeny internetové zdroje.

Obecně lze říci, že i přes drobné nedostatky v kompilaci a designu můžeme říci, že abstraktní „Fenomén radioaktivity. Jeho význam ve vědě, technice a medicíně „si zaslouží„ dobrou “známku.

Učitel fyziky MOU „Střední škola Pobedinská“: ___________ / L.A. Gagarin /

Dnes tyto látky našly velké uplatnění zejména v různých aplikovaných oblastech. Používají se k léčbě a diagnostice nemocí.

Radioaktivní jód-131 se například používá jako terapie Basedowovy choroby štítné žlázy. V tomto případě se doporučuje aplikovat velké dávky tohoto prvku, protože přispívají ke zničení abnormálních tkání, v důsledku čehož se obnoví struktura orgánu a s ním funkce. Jód je také široce používán k diagnostice stavu štítné žlázy. Když je zaveden do těla, rychlost ukládání v buňkách je hodnocena na obrazovce monitoru, na základě které je stanovena diagnóza.

Izotopy sodíku hrají důležitou roli v diagnostice poruch krevního oběhu.

Izotopy kobaltu, zejména kobalt-60, se nejčastěji používají v každodenním životě k léčbě neoplastických onemocnění. Našlo uplatnění v radiochirurgii při vytváření „kobaltových zbraní, v dezinfekci pro sterilizaci lékařských nástrojů a materiálů.

Obecně se všechny metody studia vnitřních orgánů pomocí takových prvků obvykle nazývají radioizotop. Izotopy lze také použít k produkci užitečných mikroorganismů. A to jsou základy pro syntézu antibakteriálních látek.

Průmyslové a zemědělské využití

Radioaktivní izotopy mají také velký význam v jiných oblastech lidské činnosti. Ve strojírenském průmyslu se používají ke stanovení míry opotřebení různých částí v motorech.

Lze je použít ke stanovení rychlosti difúze kovů ve vysokých pecích.

Důležitou oblastí je detekce chyb. S pomocí takových chemických prvků můžete zkoumat strukturu součástí, včetně kovových.

Pomocí radioaktivních izotopů vznikají nové odrůdy zemědělských rostlin. Kromě toho bylo vědecky prokázáno, že záření gama zvyšuje výnos plodin, zvyšuje jejich odolnost vůči nepříznivým faktorům. Tyto látky jsou v chovu široce používány. Při hnojení rostlin se používá metoda, při které jsou značeny radioaktivním fosforem a hodnotí se účinnost hnojiv. Na základě všeho lze usoudit, že radioaktivní izotopy se používají v mnoha oblastech činnosti. Mají vlastnosti, které stejné prvky s normální atomovou hmotností nemají.

Abyste lépe porozuměli tomu, co jsou izotopy, můžete si hrát. Představte si velké průhledné koule. Někdy je lze vidět v parku. Každá koule je jádrem atomu.

Každé jádro je tvořeno protony a neutrony. Protony jsou kladně nabité částice. Místo protonů tu budete mít zajíčka na baterie. A místo neutronů - zajíčci bez baterií, protože nenesou žádný náboj. Do obou kuliček vložte 8 zajíčků s bateriemi. To znamená, že v každém jádru koule máte 8 kladně nabitých protonů. Tady je to, co dělat s zajíci bez baterií - neutrony. Do jedné koule vložte 8 neutronových zajíců a do druhé 7 neutronových zajíců.

Hmotnostní číslo je součet protonů a neutronů. Spočítejte zajíce v každé kouli a zjistěte hromadné číslo. V jedné kouli je hmotnostní číslo 16, ve druhé kouli je 17. Vidíte dvě identické jaderné koule se stejným počtem protonů. Jejich počet neutronů je odlišný. Míče fungovaly jako izotopy. Víš? Protože izotopy jsou varianty stejného prvku s různým počtem neutronů. Ukazuje se, že tyto koule ve skutečnosti nejsou jen jádra atomů, ale nejrealističtější chemické prvky v periodické tabulce. Pamatujte, který má poplatek +8? Samozřejmě je to kyslík. Nyní je jasné, že kyslík má několik izotopů a všechny se navzájem liší počtem neutronů. Izotop kyslíku s hmotnostním číslem 16 má 8 neutronů a izotop kyslíku s hmotností 17 má 9 neutronů. Hmotnostní číslo je uvedeno v levé horní části chemického symbolu prvku.

Představte si balónky se zajíci a bude to snazší pochopit

Radioaktivní izotopy a ionizující záření pro diagnostiku a léčbu jsou v medicíně široce používány, ale ve veterinární medicíně nenašly široké uplatnění v praktickém použití.

Radioaktivní izotopy používané k diagnostice musí splňovat následující požadavky: mají krátký poločas rozpadu, nízkou radiotoxicitu, schopnost registrovat své záření a také se hromadí v tkáních vyšetřovaného orgánu. Například 67 Ga (gallium) se používá k diagnostice patologických stavů kostní tkáně, izotopy stroncia (85 Sr a 87 Sr) se používají k diagnostice primárních a sekundárních nádorů skeletu a 99 Tc a 113 In (technecium a indium) k diagnostice jater. - 131 I (jód) a štítné žlázy 24 Na (sodík) a 131 I (jód), slezina - 53 Fe (železo) a 52 Cr (chrom).

Radioaktivní izotopy se používají ke stanovení funkčního stavu kardiovaskulárního systému rychlostí průtoku krve a objemem cirkulující krve. Metoda je založena na záznamu pohybu gama-radioaktivní značené krve v srdci a v různých částech cév. Radioizotopové metody umožňují stanovit minutový objem krve v srdci a objem krve cirkulující v cévách, v tkáních orgánů. Pomocí radioaktivních plynů, z nichž se častěji používá radioizotop xenonu (133 Xe), se zjišťuje funkční stav zevního dýchání - ventilace, difúze v plicním krevním oběhu.

Metoda izotopů je velmi účinná při studiu metabolismu vody, a to jak za normálních podmínek, tak při metabolických poruchách, infekčních a neinfekčních patologiích. Tato metoda spočívá v zavedení jeho radioaktivního izotopu tritia (3 H) do složení molekuly vodíku (1 H). Označená voda ve formě injekcí se vstřikuje do krve, pomocí které se tritium rychle šíří po celém těle a proniká do extracelulárního prostoru a buněk, kde vstupuje do výměnných reakcí s biochemickými molekulami. Současně se sledováním cesty a rychlosti výměnných reakcí tritia určuje dynamika výměny vody.

U některých krevních chorob je nutné studovat funkce sleziny; pro tyto účely se používá radioizotop železa (59 Fe). Radioaktivní železo se vstřikuje do krve jako značka ve složení erytrocytů nebo plazmy, ze které je absorbováno slezinou, v poměru k funkční poruše orgánu. Koncentrace 59 Fe ve slezině je určena registrací gama záření doprovázejícího radioaktivní rozpad 59 Fe jader pomocí gama sondy aplikované na oblast sleziny.

Je široce používán v klinické praxi. skenování vyšetřovaných orgánů- játra, ledviny, slezina, slinivka atd. Pomocí této metody je studována distribuce radioizotopu ve zkoumaném orgánu a funkční stav orgánu. Skenování vizuálně ukazuje umístění orgánu, jeho velikost a tvar. Difúzní distribuce radioaktivní látky umožňuje detekovat v orgánových oblastech intenzivní akumulaci („horká“ ohniska) nebo nízkou koncentraci izotopu („studené“ zóny).

Terapeutické využití radioizotopů a ionizujícího záření je založeno na jejich biologických účincích. Je známo, že nejvíce radiosenzitivními buňkami jsou mladé, intenzivně se dělící buňky, které zahrnují také rakovinné buňky; proto se ukázalo, že radioterapie je účinná při léčbě maligních novotvarů a chorob krvetvorných orgánů. V závislosti na lokalizaci nádoru se provádí externí záření gama pomocí gama terapeutických zařízení; aplikujte aplikátory s radioaktivním kaliforniem (252 Cf) na kůži pro kontaktní působení; koloidní roztoky radioaktivních přípravků nebo duté jehly naplněné radioizotopy se injektují přímo do nádoru; intravenózně se injektují krátkodobé radionuklidy, které se selektivně akumulují v nádorových tkáních.

Cílem radiační terapie rakoviny je potlačení schopnosti nádorových buněk množit se neomezeně... Při malé velikosti nádorového ohniska je tento problém vyřešen ozařováním nádoru dávkou, která může velmi rychle potlačit klonogenní aktivitu všech nádorových buněk. Ve většině případů se však během radiační terapie v ozařovací zóně nevyhnutelně objeví nejen nádor, ale i okolní zdravé tkáně. Část normální tkáně je ozářena specificky, aby se potlačil růst nádorových buněk, které napadají normální tkáň.

V radiační terapii je nutné zlepšit vybavení a zdroje záření schopné zajistit lepší prostorové rozložení dávky mezi nádorem a jeho okolními tkáněmi. V počátečním stádiu vývoje radiační terapie bylo hlavním úkolem zvýšení energie rentgen , což umožnilo přejít z léčby povrchově lokalizovaných novotvarů na nádory hluboko umístěné v tkáních. Použití kobaltových gama zařízení umožňuje zlepšit poměr hloubkových a povrchových dávek. V tomto případě bude maximální absorbovaná dávka distribuována nikoli na povrch nádoru, jako u ozařování rentgenovým zářením, ale v hloubce 3-4 mm. Použití lineárních urychlovačů elektronů umožňuje ozařovat nádor vysokoenergetickým elektronovým paprskem. Nejpokročilejší instalace jsou v současné době vybaveny okvětním kolimátorem, který umožňuje vytvoření ozařovacího pole odpovídajícího tvaru nádoru. Přesnější prostorové rozložení absorbované dávky mezi nádorem a okolními normálními tkáněmi se získá pomocí těžkých nabitých částic, mezi které patří protony, ionty helia, ionty těžkých prvků a π - -mesony. Kromě technického pokroku radiační terapie je stejně důležité zvýšit biologickou účinnost léčby, která zahrnuje provádění výzkumu ke studiu procesů vyskytujících se v různých tkáních během ozáření. S omezenou prevalencí nádorového procesu je ozařování nádoru účinnou metodou léčby. Samotná radiační terapie nádorů je méně účinná. Většina pacientů je vyléčena chirurgickými, lékovými a kombinovanými metodami v kombinaci s radiační terapií. Zlepšení účinnosti metod radiační léčby prostým zvýšením dávek záření způsobuje prudký nárůst frekvence a závažnosti radiačních komplikací v normálních tkáních. Tento proces lze překonat za prvé hloubkovým studiem procesů probíhajících v tkáních za podmínek frakcionovaného ozáření, za druhé studiem faktorů ovlivňujících radiosenzitivitu nádorových buněk a normálních tkání s přihlédnutím k individuálním charakteristikám pacientů . Tyto okolnosti vyžadují vývoj nových metod ke zvýšení účinnosti radiační terapie, zejména použitím radiomodifikátorů a nových režimů frakcionace dávky. Počáteční rádiová rezistence rakovinotvorných buněk, která se významně mění jak mezi nádory různého původu, tak v rámci stejného nádoru, má velký vliv na účinnost radiační terapie. Jako radiosenzitivní novotvary je obvyklé zahrnovat lymfomy, myelomy, seminomy, nádory hlavy a krku. Mezi nádory se střední radiosenzitivitou patří nádory prsu, rakovina plic a rakovina močového měchýře. Mezi nejradikálnější nádory patří nádory neurogenního původu, osteosarkomy, fibrosarkomy a rakovina ledvin. Špatně diferencované nádory jsou radiosenzitivnější než vysoce diferencované. V současné době existují údaje o vysoké variabilitě radiosenzitivity buněčných linií získaných ze stejného nádoru. Důvody široké variability radiosenzitivity rakovinotvorných buněk na záření zůstávají dodnes nejasné.

Důležitý úkol rakovinotvorba je vývoj metod pro selektivní (selektivní) kontrolu tkáňové radiosenzitivity, zaměřených na zvýšení radiosenzitivity nádorových buněk a zvýšení radiové odolnosti buněk zdravé tkáně. Faktor, který významně zvyšuje rádiovou odolnost nádorových buněk, je hypoxie vyplývající z nerovnováhy v rychlostech buněčného množení a růstu vaskulární sítě, která tyto buňky živí. To bylo prokázáno na základě toho, že rádiový odpor ozářených buněk se výrazně zvyšuje s nedostatkem kyslíku nebo hypoxií, a také na základě toho, že vývoj hypoxie je logickým důsledkem nekontrolovaného růstu maligních nádorů. Nádorové buňky rostou rychleji, vaskulární síť je živí, proto je vaskulatura nádorových buněk ve srovnání s vaskulaturou normálních buněk fyziologicky vadná. Hustota kapilární sítě je nerovnoměrně rozložena po objemu nádoru. Dělící buňky umístěné poblíž cév tlačí kapiláry od sebe a ve vzdálenosti 150-200 mikronů od nich se nacházejí zóny chronické hypoxie, do kterých se nedostane kyslík. Nekontrolované dělení buněk navíc vede k periodickému zvyšování intratumorálního tlaku, kvůli kterému dochází k dočasnému stlačení jednotlivých kapilár a zastavení mikrocirkulace krve v nich, zatímco napětí kyslíku (pO 2) může klesnout na nulové hodnoty a proto je pozorován stav akutní hypoxie. Za takových podmínek některé z nejvíce radiosenzitivních nádorových buněk odumírají, zatímco buňky rezistentní na záření zůstávají a nadále se dělí. Těmto buňkám se říká hypoxické nádorové buňky.

Metody kontroly radiosenzitivity tkáně během radiační terapie jsou založeny na rozdílech v krevním zásobení a kyslíkových režimech, metabolismu a rychlosti dělení buněk v nádorech a normálních tkáních. Ke zvýšení radiosenzitivity hypoxických nádorových buněk kyslík se používá jako senzibilizátor... V roce 1950 britští vědci vyvinuli metodu oxybarová radioterapie, ve kterém během relací radiační terapie je pacient umístěn do tlakové komory, ve které je kyslík pod tlakem tří atmosfér. V tomto případě je hemoglobin nasycen kyslíkem a napětí kyslíku rozpuštěného v krevní plazmě se výrazně zvyšuje. Použití této metody významně zlepšilo léčbu několika typů nádorů, především rakoviny děložního čípku a novotvarů hlavy a krku. V současné době se k nasycení buněk kyslíkem používá další metoda - dýchání karbogenem, směsí kyslíku a 3–5% oxidu uhličitého, která posiluje plicní ventilaci stimulací dýchacího centra. Předpis nikotinamidu, léku, který rozšiřuje cévy, přispívá ke zlepšení terapeutického účinku. Velká pozornost je věnována vývoji chemických sloučenin s vlastnostmi akceptoru elektronů, které mají stejně jako kyslík nepárový elektron, díky čemuž je zajištěna vysoká reaktivita. Na rozdíl od kyslíku senzibilizátory akceptoru elektronů buňka nepoužívá v procesu energetického metabolismu, a proto jsou účinnější.

Kromě hypoxie využívá radiační onkologie hypertermie tj. krátkodobě, do 1 hodiny, lokální zahřátí určitých částí těla (lokální hypertermie) nebo zahřátí celého těla, s výjimkou mozku, na teplotu 40–43,5 0 C (celková hypertermie). Tato teplota způsobuje smrt některých buněk, která se zvyšuje za podmínek sníženého napětí kyslíku, charakteristického pro hypoxické zóny maligních novotvarů. Hypertermie se používá k léčbě pouze některých maligních a benigních novotvarů (hlavně adenomu prostaty). K dosažení vyšších léčebných účinků se hypertermie používá v kombinaci s radiační terapií a chemoterapií, zatímco hypertermie se provádí před nebo po ozáření. Sekce hypertermie se provádějí 2–3krát týdně, přičemž se častěji používá zahřívání nádoru po radiačním sezení, aby se v nádoru zajistila vyšší teplota než v normálních tkáních. Při vysokých teplotách se v nádorových buňkách syntetizují speciální proteiny (proteiny tepelného šoku), které se podílejí na regeneraci buněk zářením, proto se obnoví část poškození ozářených nádorových buněk a opakované ozáření způsobí smrt těchto obnovených buněk a nově vytvořené buňky. Bylo zjištěno, že jedním z faktorů pro zvýšení účinku ozáření pomocí hypertermie je potlačení reparačních schopností rakovinné buňky.

Experimentálně bylo prokázáno, že když jsou ozářeny buňky zahřáté na 42 ° C, škodlivý účinek závisí na pH buněčného média, přičemž nejmenší smrt buněk byla pozorována při pH = 7,6 a nejvyšší při pH = 7,0 nebo méně. Pro zvýšení účinnosti léčby nádorů se do těla vstřikuje velké množství glukózy, kterou nádor chamtivě absorbuje a přeměňuje na kyselinu mléčnou, proto pH v nádorových buňkách klesá na 6 a 5,5. Zavedení zvýšeného množství glukózy do těla také zvyšuje obsah cukru v krvi 3-4krát, proto pH výrazně klesá a protinádorový účinek hypertermie se zvyšuje, což se projevuje smrtí masových buněk.

Při vývoji metod ozařování vznikají nádory problém radiační ochrany normálních tkání proto je nutné vyvinout metody, které zvyšují radiovou odolnost normálních tkání, což zase zvýší radiační dávky nádorů a zvýší účinnost léčby. Nyní bylo prokázáno, že za podmínek hypoxie je radiační poškození nádorových buněk ve srovnání s ozářením ve vzduchu výrazně zesíleno. To dává důvod používat metody ozařování nádorů za podmínek plynové (kyslíkové) hypoxie pro selektivní ochranu normální tkáně. V současné době pokračuje hledání chemických radioprotektorů, které by měly selektivní ochranný účinek pouze pro normální tkáně a zároveň by nechránily nádorové buňky před poškozením.

Při léčbě mnoha onkologických onemocnění se používá komplexní terapie, tj. Kombinované použití záření a chemoterapeutických léků, které mají radiomodifikační účinek. Radiace se používá k potlačení růstu podkladového nádoru a k boji s metastázami se používá léková terapie.

V radiační terapii se široce používají těžké jaderné částice - protony, těžké ionty, π-mezony a neutrony různých energií... Paprsky těžkých nabitých částic se vytvářejí na urychlovačích a mají nízký boční rozptyl, což umožňuje vytvářet dávková pole s jasným obrysem podél okraje nádoru. Všechny částice mají stejnou energii a podle toho stejnou hloubku průniku do tkáně, což umožňuje méně ozařovat normální tkáně umístěné podél paprsku mimo nádor. U těžkých nabitých částic se lineární energetické ztráty na konci cyklu zvyšují, a proto fyzická dávka, kterou vytvářejí v tkáních, neklesá s rostoucí hloubkou průniku, jako v případě ozáření zřídka ionizujícím zářením, ale naopak se zvyšuje. Zvýšení dávky záření absorbované v tkáních na konci běhu se nazývá Braggův vrchol. Braggův pík je možné rozšířit na velikost nádoru pomocí takzvaných hřebenových filtrů na dráze částic. Obrázek 6 ukazuje výsledky hodnocení hloubkového rozložení dávky generované různými druhy záření při ozáření tumoru o průměru 4 cm, lokalizovaného v těle v hloubce 8–12 cm.

Rýže. 6. Prostorové rozložení absorbované dávky záření různých typů záření

Pokud relativní radiační dávka rovná jednotě klesne uprostřed nádoru, tj. 10 cm od povrchu těla, pak při ozáření gama a neutrony je dávka na vstupu paprsku (tj. V normálních tkáních) dvojnásobkem dávky na centrum nádoru. V tomto případě k ozáření zdravých tkání dochází také po průchodu paprsku záření maligním nádorem. Jiný obraz je pozorován při použití těžkých nabitých částic (zrychlených protonů a π-mezonů), které přenášejí hlavní energii přímo do nádorů, a nikoli do normálních tkání. Dávka absorbovaná v nádoru je vyšší než dávka absorbovaná v normálních tkáních umístěných podél paprsku, a to jak před vstupem do nádoru, tak po opuštění nádoru.

Korpuskulární terapie(ozařování zrychlenými protony, héliem a vodíkovými ionty) se používá k ozařování nádorů lokalizovaných v blízkosti kritických orgánů. Například pokud je nádor lokalizován v blízkosti míchy, mozkových tkání, v blízkosti radiosenzitivních orgánů malé pánve, v oční bulvě.

Neutronová terapie se nejvíce osvědčil při léčbě několika typů pomalu rostoucích nádorů (rakovina prostaty, sarkom měkkých tkání, rakovina slinných žláz). K ozáření se používají rychlé neutrony s energiemi až 14 MeV. V posledních letech je zájem o terapie zachycováním neutronů, pro které se používají tepelné neutrony s nízkou energií 0,25–10 keV, které jsou generovány v jaderných reaktorech a jsou odstraňovány oddělenými kanály do procedurálních místností umístěných poblíž reaktoru. K zachycení neutronů se používají atomy boronu-10 a gadolinia-157. Když je neutron zachycen atomy bóru-10, rozpadá se na atomy lithia a alfa částice, jejichž dráha v tkáních se rovná několika průměrům buněk, proto může být zóna intenzivního ozáření omezena pouze buňkami, ve kterých je bude mít vysoký obsah bóru. Zachycení neutronů gadoliniem -157 vede také k rozpadu jeho jader, což je doprovázeno gama zářením a vznikem dvou typů elektronů - Augerových elektronů a konverzních elektronů. Augerovy elektrony mají velmi krátký dosah, proto aby došlo k poškození buňky, musí být gadolinium v ​​buňce samotné, ale gadolinium do buňky nepronikne, proto je hlavní škodlivý účinek způsoben konverzními elektrony vznikajícími rozpadem gadolinium v ​​mezibuněčném prostoru. Pro terapii zachycováním neutronů je nutné zajistit dodávku boru a gadolinia přímo do nádorových buněk nebo alespoň do mezibuněčného prostoru. Nezbytnou podmínkou je zajistit, aby se tyto prvky dostaly pouze do nádorových tkání, přičemž je vyloučena možnost jejich vstupu do buněk normálních tkání. Ke splnění této podmínky je nutné použít syntetické nosiče boru a gadolinia.

Různé typy nádorů se výrazně liší rychlostí růstu. Rychlost růstu nádoru je dána nejen dobou trvání buněčného cyklu, ale také podílem buněk, které trvale umírají a jsou z nádoru odstraněny. V normálních tkáních, které jsou v ozařovací zóně, jsou také buňky v různých fázích cyklu a poměr mezi dělícími se a odpočívajícími buňkami není na začátku a na konci ozařování stejný. Hloubka poškození nádorových buněk a normálních tkání po jediném ozáření je dána jejich počáteční radiosenzitivitou a frakčním ozařováním - navíc účinností obnovy buněk ze subletálních lézí. Pokud je přestávka do druhé frakce ozáření 6 hodin nebo více, pak je možná téměř úplná oprava poškození tohoto typu buněk, takže tyto buňky nezemřou. Současně s zotavením je v některých typech buněk zaznamenána smrt. Buňky lymfoidního původu například začínají umírat již první den po ozáření. Smrt smrtelně postižených buněk jiného původu (tj. Nelymfoidních), nádorových i zdravých tkání, se táhne několik dní a nastává jak během dalšího dělení, tak několik hodin po něm. Nádorové buňky mimo cyklus, stejně jako klidové buňky normálních tkání, nemusí po určitou dobu vykazovat známky smrtícího poškození. Bezprostředně po ozáření většina nádorů pokračuje v růstu i po ozáření vysokými dávkami, což následně povede ke smrti významné části buněk. To je způsobeno dělením buněk, které si zachovaly svoji životaschopnost, a také několika divizemi letálně postižených buněk.

Bezprostředně po radiační expozici v nádoru se zvyšuje podíl relativně radio-rezistentních buněk, které jsou v době expozice ve stavu hypoxie, a buněk, které jsou v nejvíce radio-rezistentních fázích buněčného cyklu. Při přijímání standardního průběhu radiační terapie, kdy jsou frakce prováděny v intervalech 24 hodin, v době dalšího ozáření, buňky podstoupí následující procesy. Na jedné straně se díky zotavení z potenciálně smrtelných a subletálních lézí zvyšuje rádiová odolnost nádorových a normálních buněk. Na druhé straně souběžné obnovení dělení a přechod buněk z nejradikálnějších stupňů na radiosenzitivnější vede ke zvýšení radiosenzitivity. Tyto procesy jsou reprodukovány po každé frakci ozáření, proto nějaký čas po začátku ozařování počet mrtvých buněk začne převyšovat počet nově vytvořených buněk, takže nádor zmenší svůj objem. Jak průběh ozáření pokračuje, přichází okamžik zrychleného buněčného dělení nádoru a normálních tkání, což vede k repopulace tyto tkáně (nebo samoléčba). Repopulace se provádí díky zachovaným nádorovým buňkám schopným dělení, které současně dostávají dostatečné množství živin a kyslíku, proto se růst nádoru obnoví. Při frakčním ozáření je nutné znát rychlost repopulace tumoru, protože při frakcionaci dávky může mírné zvýšení intervalu mezi frakcemi vést k dynamické rovnováze, ve které stupeň potlačení růstu tumoru na jednotku dávky bude podzim.

V současné době nejpoužívanější kurz terapeutické terapie s denním ozařováním nádoru dávkou 2 Gy, přičemž celková celková dávka je 60 Gy a celková doba trvání kurzu je 6 týdnů. Pro zvýšení účinnosti radiační terapie se používají nové režimy frakcionace dávky - multifrakcionace - denní podávání 2-3 frakcí místo jedné, což pomáhá snížit závažnost poranění vzdáleného záření. Při radiační terapii většiny zhoubných nádorů není dosud možné 100% vyléčení pacientů s rakovinou.

ZÁVĚR

Znalost zákonitostí biologického působení ionizujícího záření na úrovni buněk, mikroorganismů, jakož i organismu rostlin a živočichů, tedy umožňuje široké využití ionizujícího záření v různých radiačních a biologických technologiích.

Literatura

1. Grodzinsky D. M. Radiobiologie rostlin / D.М. Grodzinsky, Kyjev: Navukova Dumka, 1989, 384 s.

(2) Gulyaev, G.V. Genetics. - 3. vyd., Rev. a přidejte. / G.V. Gulyaev. Moskva: Kolos, 1984,351 s.

3. Ivanovskii, Yu. A. Účinek radiační stimulace působením velkých a malých dávek ionizujícího záření / Abstrakt práce pro titul doktor biologických věd. Vladivostok. 2006-46 s.

4. K aushanskii, D.A., Kuzin, A.M. Radiačně-biologická technologie / D.A. Kaushansky, A.M. Kuzin. M.: Energoatomizdat. 1984,152 S.

5. Kuzin, A.M., Kaushansky, D.A. Aplikovaná radiobiologie: (teoretické a technické základy) / A.M. Kuzin, D.A. Kaushansky. M.: Energoatomizdat. 1981,224 s.

6. R a asi b a asi l o g a I / A.D. Belov, V.A. Kirshin, N.P. Lysenko, V.V. Pak a další / Ed. Belova. M .: Kolos, 1999. 384C.

7. Samsonova, N.E. Ionizující záření a zemědělská výroba. 2007

8. Yarmonenko, SP Radiobiologie člověka a zvířat: učebnice. Manuál / S.P.Jarmonenko. - M.: Vyšší. Shk., 2004. - 549 s.

9. Využití radionuklidů a ionizujícího záření v ochraně rostlin (sborník vědeckých prací) / Alma-Ata, východní pobočka VASKhNIL, 1980. 132 s.

10. Andreev, S. V., Evlakhova, A. A. Radioaktivní izotopy v ochraně rostlin / S.V. Andreev, A.A. Evlakhova, Leningrad, „Kolos“, 1980. 71 s.

11. Radiační zpracování potravin / editoval V.I. Rogachev. Moskva, Atomizdat, 1971. 241 s.

APLIKACE

Úvod ………………………………………………………………………………………… ..3

1. ZÁŘENÍ-BIOLOGICKÁ TECHNOLOGIE V ZEMĚDĚLSTVÍ

1.1. Oblasti použití radiační biologické technologie ……………………… .4

1.2. Radiační mutageneze jako základ pro získávání nových odrůd zemědělských rostlin, mikroorganismů ……………………………………………………………………… ..6

1.3 Využití stimulačního účinku ionizujícího záření v odvětvích zemědělství ……………………………………………………………………………… ..12

1.4 Využití ionizujícího záření při výrobě krmiv a doplňkových látek pro hospodářská zvířata ……………………………………………… ..19

1.5 Aplikace ionizujícího záření pro radiační sterilizaci ………… .20 veterinárních potřeb, bakteriálních přípravků a pro získávání radio vakcín

1.6 Radiační sterilizace zvířat a hmyzích škůdců …………………… 27

1.7. Použití radioaktivních izotopů jako indikátorů

v chovu zvířat ……………………………………………………………………………… ..29

1,8. Použití radioaktivních izotopů jako indikátorů

v rostlinné výrobě ……………………………………………………………………………… .31

1.9. Radiační dezinfekce hnoje a odtoku hnoje z chovů hospodářských zvířat. Dezinfekce surovin živočišného původu v případě infekčních chorob …… ..31

2. ZÁŘENÍ A BIOLOGICKÁ TECHNOLOGIE V ZPRACOVÁNÍ PRŮMYSLU ……………………………………………………………………………… 32

2.1. Využití ionizujícího záření v potravinářském průmyslu k prodloužení trvanlivosti hospodářských zvířat, plodin, zeleniny a ryb ……………………………………………………………………… ………………… 32

2.2 .. Změna kvality surovin za účelem zlepšení jejího technologického zpracování ... ..39

2.3 Zrychlení pomalu se pohybujících procesů v potravinářské technologii …………………… .41

3. ZÁŘENÍ-BIOLOGICKÁ TECHNOLOGIE V LÉČBĚ ……………. 42

3.1 Využití ionizujícího záření v lékařství pro diagnostiku a léčbu nemocí lidí a zvířat ........................... .................. 42

3.2 Využití radioaktivních izotopů a ionizujícího záření k diagnostice a léčbě nemocí …………………………………………………………… .44

ZÁVĚR ………………………………………………………………………………… .54

Přílohy ……………………………………………………………………………… ..56

Radiační sterilizace kultivačních médií pro kultivaci mikrobů a virů zvyšuje nutriční vlastnosti některých typů mikroorganismů. Například pro uzlové bakterie fixující dusík. Nejlepším živným médiem je rašelinový nitragit podrobený radiační sterilizaci. S radiační sterilizací substrátu se ve srovnání s tepelnou sterilizací zvyšuje obsah mikrobiálních těl v konečném produktu a snižuje se kontaminace cizí mikroflórou.

Izotopy, zejména radioaktivní, mají mnoho využití. Stůl 1.13 poskytuje vybrané příklady některých průmyslových aplikací izotopů. Každá technika uvedená v této tabulce se používá i v jiných průmyslových odvětvích. Například se používá metoda stanovení úniku látky pomocí radioizotopů: v nápojovém průmyslu ke stanovení úniku ze skladovacích nádrží a potrubí; při výstavbě inženýrských staveb pro

Tabulka 1.13. Některá použití radioizotopů

stanovení úniku z podzemních vodovodů; v energetickém průmyslu detekovat úniky z výměníků tepla v elektrárnách; v ropném průmyslu pro detekci úniků z podzemních ropovodů; ve službě kontroly odpadních a splaškových vod za účelem stanovení úniku z hlavních kolektorů.

Izotopy jsou také široce používány ve vědeckém výzkumu. Zejména se používají ke stanovení mechanismů chemických reakcí. Jako příklad uveďme použití vody označené stabilním izotopem kyslíku 180 ke studiu hydrolýzy esterů, jako je ethylacetát (viz také oddíl 19.3). Pomocí hmotnostní spektrometrie k detekci izotopu 180 bylo zjištěno, že během hydrolýzy atom kyslíku z molekuly vody přechází do kyseliny octové, a nikoli do ethanolu.

Radioizotopy jsou široce používány jako značené atomy v biologickém výzkumu. Ke sledování metabolických cest v živých systémech se používají radioizotopy uhlík-14, tritium, fosfor-32 a síra-35. Absorpci fosforu rostlinami z oplodněné půdy lze například monitorovat pomocí hnojiv, která obsahují příměs fosforu-32.

Radiační terapie.

Ionizující záření je schopné ničit živou tkáň. Zhoubné nádorové tkáně jsou citlivější na záření než zdravé tkáně. To umožňuje léčit rakovinu y-paprsky vyzařovanými ze zdroje, který používá radioaktivní izotop kobalt-60. Radiace je směrována do oblasti těla pacienta postižené nádorem; léčebné sezení trvá několik minut a opakuje se denně po dobu 2–6 týdnů. Během sezení musí být všechny ostatní části těla pacienta pečlivě pokryty materiálem nepropouštějícím záření, aby se zabránilo destrukci zdravých tkání.

Stanovení stáří vzorků pomocí radiokarbonu.

Malá část oxidu uhličitého v atmosféře obsahuje radioaktivní izotop. Rostliny absorbují tento izotop během fotosyntézy. Proto látky všech

rostliny a zvířata také obsahují tento izotop. Živé tkáně mají konstantní úroveň radioaktivity, protože její pokles v důsledku radioaktivního rozpadu je kompenzován stálým přísunem radiokarbonu z atmosféry. Jakmile však dojde k úhynu rostliny nebo zvířete, přísun radiokarbonu do jeho tkání se zastaví. To vede k postupnému snižování úrovně radioaktivity v mrtvé tkáni.

Radioaktivita izotopu je způsobena rozpadem

Radiokarbonová metoda geochronologie byla vyvinuta v roce 1946 W.F. Libby, který za ni obdržel Nobelovu cenu za chemii v roce 1960. Tuto metodu dnes široce používají archeologové, antropologové a geologové k datování vzorků starých až 35 000 let. Přesnost této metody je přibližně 300 let. Nejlepších výsledků se dosahuje při určování stáří vlny, semen, skořápek a kostí. Ke stanovení stáří vzorku se měří aktivita p-záření (počet rozpadů za minutu) na 1 g uhlíku, který je v něm obsažen. To umožňuje stanovit stáří vzorku pomocí křivky radioaktivního rozpadu pro izotop.

Poločas rozpadu je 5700 let. Živá tkáň v aktivním kontaktu s atmosférou má aktivitu 15,3 dec / min na 1 g uhlíku. Podle těchto údajů je nutné:

a) určete konstantu rozpadu pro

b) vykreslete křivku rozpadu pro

c) vypočítat stáří kráterového jezera Oregon v USA), které je sopečného původu. Bylo zjištěno, že se strom během převracel

erupce, která vedla ke vzniku jezera, má aktivitu 6,5 dec / min na 1 g uhlíku.

a) Konstanta rozpadu se dá zjistit z rovnice

b) Křivka rozpadu je grafem aktivity v závislosti na čase. Data potřebná ke konstrukci této křivky lze vypočítat na základě znalosti poločasu rozpadu a počáteční aktivity vzorku (aktivita živé tkáně); tyto údaje jsou uvedeny v tabulce. 1.14. Křivka rozpadu je znázorněna na obr. 1.32.

c) Stáří jezera lze určit pomocí křivky rozpadu (viz přerušované čáry na obr. 1.32). Tento věk je 7 000 let.

Tabulka 1.14. Data pro vykreslení křivky rozpadu uhlíku používaného při určování stáří vzorků

Rýže. 1.32. Izotopová křivka radioaktivního rozpadu

Mnoho hornin na Zemi a na Měsíci obsahuje radioizotopy s poločasy rozpadu v řádu let. Měřením a porovnáváním relativního obsahu těchto radioizotopů s relativním obsahem jejich produktů rozkladu ve vzorcích takových horninových pórů je možné stanovit jejich stáří. Tři nejdůležitější geochronologické metody jsou založeny na stanovení relativního množství izotopů (poločas rozpadu). (poločas rozpadu v letech) a (poločas rozpadu v letech).

Metoda seznamování pomocí draslíku a argonu.

Minerály, jako je slída a některé druhy živců, obsahují malé množství radioizotopu draslíku-40. Rozpadá se, prochází elektronovým záchytem a mění se v argon-40:

Stáří vzorku je určeno na základě výpočtů, které používají údaje o relativním množství draslíku-40 ve vzorku oproti argonu-40.

Metoda seznamování s rubidiem a stronciom.

Některé z nejstarších hornin na Zemi, například žuly ze západního pobřeží Grónska, obsahují rubidium. Asi jedna třetina všech atomů rubidia je radioaktivní rubidium-87. Tento radioizotop se rozkládá a vytváří stabilní izotop stroncium-87. Výpočty založené na použití údajů o relativním množství izotopů rubidia a stroncia ve vzorcích umožňují určit stáří takových hornin.

Metoda seznamování s uranem a olovem.

Izotopy uranu se rozpadají za vzniku izotopů olova. Stáří minerálů, jako je apatit, které obsahují nečistoty uranu, lze určit porovnáním obsahu určitých izotopů uranu a olova v jejich vzorcích.

Všechny tři popsané metody byly použity k datování zemských hornin. Výsledná data naznačují, že věk Země se rovná rokům. Tyto metody byly také použity ke stanovení stáří měsíčních hornin dodaných na Zemi z vesmírných expedic. Věk těchto plemen se pohybuje od 3,2 do let.

Výroba a použití radioaktivních izotopů Student skupiny 1 př. N. L. Galtsova Vlada

ISOTOPY jsou odrůdy stejného chemického prvku, podobné svými fyzikálně -chemickými vlastnostmi, ale mají různé atomové hmotnosti. Atom jakéhokoli chemického prvku se skládá z kladně nabitého jádra a oblaku záporně nabitých elektronů, které jej obklopují (viz také ATOMA NUCLEUS). Poloha chemického prvku v periodické tabulce Mendělejeva (jeho pořadové číslo) je určena nábojem jádra jeho atomů. Proto se izotopy nazývají odrůdy stejného chemického prvku, jejichž atomy mají stejný jaderný náboj (a tedy prakticky stejné elektronové obaly), ale liší se v hodnotách jaderné hmoty. Podle obrazného vyjádření F. Soddyho jsou atomy izotopů stejné „vně“, ale odlišné „uvnitř“.

Historie objevu izotopů První důkaz, že látky se stejným chemickým chováním mohou mít různé fyzikální vlastnosti, byl získán při studiu radioaktivních transformací atomů těžkých prvků. V letech 1906-07 vyšlo najevo, že produkt radioaktivního rozpadu uran - ionium a produkt radioaktivního rozpadu thoria - radiatoria mají stejné chemické vlastnosti jako thorium, ale liší se od něj atomovou hmotností a charakteristikami radioaktivního rozpadu. V roce 1932 byl objeven neutron, částice bez náboje, o hmotnosti blízké hmotnosti jádra atomu vodíku, protonu, a byl vytvořen proton-neutronový model jádra. V důsledku toho věda stanovila konečnou moderní definici pojmu izotopy

Výroba radioaktivních izotopů Radioaktivní izotopy se vyrábějí v jaderných reaktorech a urychlovačích částic

Aplikace radioaktivních izotopů v biologii medicína zemědělský archeologický průmysl

Radioaktivní izotopy v biologii. Jednou z nejvýraznějších studií provedených pomocí „označených atomů“ byla studie metabolismu v organismech.

Radioaktivní izotopy v medicíně Pro diagnostické i terapeutické účely. Radioaktivní sodík se používá ke studiu krevního oběhu. Jód se intenzivně ukládá ve štítné žláze, zejména u Gravesovy choroby.

Radioaktivní izotopy na farmě. Ozařování semen rostlin (bavlník, zelí, ředkev). Radiace způsobuje mutace v rostlinách a mikroorganismech.

Radioaktivní izotopy v archeologii Zajímavá aplikace pro určování stáří starověkých předmětů organického původu (dřevo, dřevěné uhlí). Tato metoda se používá ke stanovení stáří egyptských mumií, zbytků prehistorických požárů.

Radioaktivní izotopy v průmyslu Metoda sledování opotřebení pístních kroužků ve spalovacích motorech. Umožňuje posoudit difúzi kovů, procesy ve vysokých pecích

Jaderný ledoborec „Lenin“ Vytvořen v roce 1959. Kontrola dávky radiačního záření v jeho prostorách.

Práce s radioaktivními látkami pomocí manipulátoru

"Ether" - radioizotopový konvertor pro napájení zařízení ve vesmíru a moři

Vyšetřování svarů pomocí záření y. Ozařování zemědělských produktů ke zvýšení jejich výnosu

Distribuce radioaktivního fosforu přidávaného do hnojiv v listech rajčat Příruční box pro práci s radioaktivními látkami

Přístroj pro gama terapii. Studium štítné žlázy s radioaktivním jódem